Resursele neclasice de energie

Resursele neclasice de energie

Energia cursurilor de apa

Criza petrolului, si in general greutatile survenite in aprovizionarea cu energie dupa au determinat, in numeroase tari ale globului, o intensificare a actiunilor de amenajare si valorificare cat mai complexa a potentialului lor hidroenergetic, inclusiv prin intermediul microhidrocentralelor si a centralelor de foarte joasa cadere. Mai mult, un numar mare de tari, si-au propus ca pana in primele decenii ale secolului al XXI-lea, sa efectueze amenajarea integrala a potentialului de care dispun. Daca realizarea acestei optiuni pare posibila in tarile industrializate, ea va fi greu, daca nu chiar imposibil de realizat, in intervalul amintit, in tarile in curs de dezvoltare, ca urmare a constrangerilor dictate, in principal, de volumul mare de investitii cerut. Oricum, o preocupare pentru valorificarea potentialului hidroenergetic in aceste tari se impune, mai ales ca pe langa productia de energie electrica obtinuta, deschide si posibilitatea dezvoltarii irigatiilor, deci a cresterii productiei agricole, cerinta necesara in conditiile cresterii puternice a populatiei.

Potentialul energetic al retelei hidrografice difera de la o regiune la alta, fiind conditionat de o serie de factori, cum sunt: debitul (marimea si constanta), profilul longitudinal (diferenta de nivel, prezenta cataractelor si cascadelor etc.), caracteristicile litologice ale subasmenului, zona climatica etc. Importanta unei retele hidrografice din punct de vedere energetic este cu atat mai mare, cu cat debitul este mai bogat si mai uniform repartizat in decursul anului. Asa sunt, de exemplu

* Include productia F. Ruse, Kazahstan, Uzbekistan si Ucrania Sursa: Der Fischer Weltalmanach, 1998

raurile din zona ecuatoriala sau cel din climatul temperat oceanic. Foarte avantajoase, in ceea ce priveste captarea energiei hidraulice, sunt defileele sapate in roci dure, pragurile glaciare, ca si cascadele si cataractele, cum sunt de exemplu, cascada Niagara, cascada Victoria de pe Zambezi, cataractele Iguacu din bazinul fluviului Parana s.a.

in ceea ce priveste potentialul global al energiei hidraulice, acesta este subdivizat, din uzante practice, in trei categorii, respectiv in potential teoretic, tehnic si economic. Valorile estimate la nivelul celor trei categorii de potential, au in cea mai mare parte, caracter orientativ, datorita faptului ca metodologia folosita difera de la tara la tara, iar precizia acesteia este strans legata de nivelul stiintific si tehnic atins.

Potentialul teoretic mondial conceput ca potential total de energie al debitelor cursurilor de apa, in raport cu nivelele de baza, generale si regionale, echivaleaza cu o productie anuala de electricitate de aproximativ 31,38 X 10 ² KWh (tabel nr.28).

Tabel Potentialul hidraulic mondial

Sursa: Conference Mondiale de L 'energie, Survey of Energy Resources

Din acest potential, cea mai ridicata pondere o detine Africa (32,24%), dupa care urmeaza Europa inclusiv CSI (26,44%) si America de Nord (19,59%), iar cea mai redusa Australia si Oceania (3,6%).

In evaluarea potentialului tehnic se are in vedere faptul ca debitele fluviale, pe anumite portiuni ale cursurilor de apa, ca de exemplu, in regiune estuarelor sau in regiuni cu relief exclusiv plat, nu pot fi folosite pentru producerea de energie electrica, din care cauza valoarea lui este mult inferioara potentialului teoretic. La nivel de glob, acesta este apreciat la 14,05 X 10¹²KWh, ceea ce inseamna aproximativ 44,8% din potentialul teoretic. Cel mai ridicat potential tehnic

amenajabil il detine America Latina, respectiv din total, urmata de Europa inclusiv CSI (25,*8%) si Africa

Potentialul economic, care inglobeaza acea parte din resursele tehnic amenajabile care este considerata rentabila in raport cu alte surse de electricitate, este apreciata de cea de-a XI-a Conferinta Mondiala a Energiei din la minim X 10¹²KWh. Evaluarea lui se efectueaza, de obicei, comparand termenii de cost si rentabilitatea avantajelor pe care le ofera constructia centralelor hidroelectrice, cu cele ale centrelor termice sau nucleare. in general, diferitele optiuni care rezulta din aceasta comparatie, sunt legate de costul constructiei, de pretul combustibilului si de impactul asupra mediului inconjurator.

Transformarea energiei cursurilor de apa in energie electrica se realizeaza prin doua tipuri de hidrocentrale, respectiv centrale hidroelectrice gravitationale sau clasice si centrale electrice cu acumulari prin pompare. Primele tipuri au cea mai larga raspandire fiind amplasate deocamdata pe retele hidrografice naturale, dar se preconizeaza instalarea lor si pe cursuri de apa create artificial.

Cat priveste formarea de cursuri artificiale aceasta este posibila doar in regiuni cu altitudine sub nivelul general, situate in apropierea unor intinse mase de apa, asa cum este cazul, de exemplu. in Valea Iordanului, Depresiunea Qattarah din Egipt, M. Caspica etc.

In Valea Iordanului, situata la o altitudine de m sub nivelul Marii Mediterane, este posibila construirea unei hidrocentrale prin aducerea apei din aceasta mare, fie prin canale deschise, fie prin galerii sub presiune. In ceea ce priveste Depresiunea Qattarah, situata la o altitudine de m (in apropiere de Oaza Siwa), sub nivelul M. Mediterane, Egiptul are in vedere nu numai construirea unei centrale hidroelectrice, ci si recuperarea unei suprafete intinse de teren din Desertul Libiei, aflat in teritoriul sau. Derivarea apei din M. Mediterana are si avantajul ca ar completa alimentarea cu apa din subteran, efectuata actualmente printr-un numar de peste de puturi, folosite doar in sezonul ploios.

Centralele hidroelectrice care folosesc acumularile prin pompare creeaza, prin reciclarea apei, posibilitatea acumularii periodice de energie, fapt ce permite modularea productiei de energie electrica in functie de variabilitatea cererii. Ele sunt echipate cu grupuri ternare (turbina, pompa, motor/generator sincron), si mai recent cu grupuri binare (pompe, turbine), care refuleaza apa la diferite inaltimi. Cele mai mari inaltimi de refulare se realizeaza la centralele San Fiorano, m (record mondial), Edolo, m si Chiotas, m., toate din Italia.

Intre partile constituiente ale amenajarilor hidroenergetice, cea mai mare importanta si responsabilitate tehnica o au barajele. Ele 'sunt constituite, pe cat posibil, din materiale aflate in apropierea locurilor de amplasare pamant, roca dura, argila, nisip etc. Cele mai comune sunt alcatuite din stanci si pamant, in jurul unui nucleu de argila si consolidate cu stanci de protectie. Exista apoi baraje construite din acumulari de roci pe un nucleu bituminös, baraje create cu ajutorul exploziilor, cum este barajul de la Narin (CSI) si baraje din beton.

Cele mai inalte baraje din lume se afla in CSI (Tadjikistan) si anume barajul Rogun de 335 m si barajul Nurek de 300 m, ambele din pamant, si in Elvetia barajul Valais de 285 m, construit din beton. In tara noastra cel mai inalt este barajul arcuit Vidraru de pe Arges, de 167 m, construit in perioada 1962-1966.

Un alt specific al amenajarilor hidroenergetice este realizarea de lacuri de acumulare de mare capacitate. Ele au, in general, o utilizare complexa, fiind folosite atat pentru producerea de energie, cat si la satisfacerea cu apa a mai multor sectoare economice (agricultura, industrie, populatie etc.) Pana in prezent cea mai mare capacitate realizata la profilul final, o au lacurile: Owen Falls (Lacul Victoria -Nill), 204,8 G.m³, Bratsk (Angara - F.Rusa), 169.27 G.m³, Assuan - Sadi-el-Aah (Egipt), 164 G.m³, Kariba (Zambezi - Zimbabwe - Zambia), 160 g.m³, Akosombc (Volta, Ghana), 148 G.m³.

Tendinta spre amenajare, in primul rand, a cursurilor cu debite mari de apa. si de concentrare a puterilor, se materializeaza prin existenta la nivel de glob a unui numar de peste 100 de centrale hidroelectrice in functiune si in constructie, inclusiv cele cu acumulari prin pompare, cu o putere finala de la 1000 MW in sus. Dintre acestea cele mai mari puteri la profil le au hidrocentralele: Itaipu (Parana, Braziha-Paraguay) 12610 MW, Grand Coulee 1,11,111 (Columbia, SUA) 10230 MW, Guri (Caroni, Venezuela) 6500 MW, Tucuri (Tocantins, Brazilia) 8000 MW, Saiano-Susenskaia (Emsei, CSI) 6360 MW, Krasnoiarsk (Enisei, F.Rusa) 6100 MW, Corpus (Argentina) 6000 MW, La Grande 2 (La Grande. Canada) 5328 MW etc.

O analiza a gradului de folosire a hidroenergiei in ultimele decenii, facuta pe baza puterii nete instalate in hidrocentrale, evidentiaza o crestere insemnata doar sub aspectul cifrei absolute, in timp ce sub aspectul ponderii de participare la puterea neta totala existenta in toate categoriile de centrale electrice, se observa o scadere apreciabila, peste 10%, intre anii 1950-1982. incepand cu anul 1975, se contureaza totusi o tendinta de crestere a acestei ponderi, determinata, printre altele, de folosirea din ce in ce mai intensa a hidroenergiei, inclusiv pin intermediul microhidrocentralelor, in toate tarile lumii. Aceasta crestere chiar daca se va continua, ea va imbraca valori scazute si pe o perioada scurta de timp, deoarece, asa cum se prognozeaza, productia de hidroenergie se va plafona intr-un viitor nu prea indepartat.

Analiza puterii nete instalate in hidrocentrale la nivel de continente, pune in evidenta, pe de o parte, o crestere puternica a acesteia in cifre absolute in toate continentele, iar pe de alta parte, o accentuata discrepanta in ceea ce priveste cota de participare a acestora la totalul puterii nete instalate in hidrocentralele globului. Ponderea cea mai ridicata la totalul puterii nete instalate o detin continentele Europa (cea 30%) si America de Nord (cea 27%), iar cea mai scazuta Africa (cea 3%) si Australia (cea 2%).

Cat priveste cota de participare a hidroenergiei la productia totala de energie electrica a fiecarui continent, aceasta este foarte ridicata in America de Sud (76%,

1989), si mult mai scazuta in restul continentelor, respectiv 16% in America de Nord, 17% in Africa, cea 18% in Europa si Asia si 2% in Australia si Oceania.

La nivel de tari, urmarind participarea hidroenergiei la productia totala de energie electrica, se constata ca in peste 36% dintre statele globului, aceasta depaseste 50%. Exista chiar un numar relativ mare de state, ca de exemplu, Norvegia, Zambia, Zair, Ghana, Uganda etc, unde energia electrica produsa prin intermediul hidrocentralelor se apropie cau chiar depaseste 99%.

Sub aspectul productiei de energie electrica realizata cu ajutorul hidrocentralelor, aceasta se cifreaza la cea. 19,50 mld. Kwh (1998), ceea ce inseamna aproximativ 19% din totalul energiei electrice produsa pe glob. Cele mai ridicate cantitati se obtin in Canada (306 mii. Kwh), SUA (236 mii. Kwh), CSI (220 mii. Kwh), Norvegia (118,7 mii. Kwh), Brazilia (118 mii. Kwh).

2. Energia marilor si oceanelor

2.1. Energia valurilor

Ultimele cercetari cu privire la potentialul energetic al valurilor apreciaza ca energia ce s-ar putea obtine de pe o lungime de jumatate de milion de kilometri a tarmurilor globului, se ridica la 50 trilioane KWh/an. Folosirea acestui potential este insa mult ingreunat de anumite particularitati specifice valurilor, la care trebuie sa se adapteze tehnologiile de exploatare, cum sunt: dispersia mare a valurilor si densitatea scazuta a energiei, ceea ce ridica probleme legate de concentrarea eficienta a acesteia: fluctuatia mare a inaltimii valurilor, ceea ce face dificila obtinerea unei energii constante si stabile in timp; neuniformitatea fronturilor de valuri atat ca inaltime cat si lungime, ceea ce face dificila captarea eficienta a energiei.

Cu toate dificultatile amintite, studiile si experimentele efectuate la scara mica, demonstreaza ca intr-un viitor nu prea indepartat, energia valurilor va putea fi folosita la scara mare in mod rentabil.

Ca urmare a rezultatelor bune obtinute prin testarea numeroaselor solutii de captare si conversie a energiei valurilor, in o serie de tari exista deja preocupari serioase de realizarea, la scara industriala, a unor instalatii considerate eficiente din punct de vedere tehnic si economic. Astfel, in Japonia, o filiala a firmei 'Mitsui Engineering and Shipbuilding si Co', si-a facut cunoscuta intentia de a construi si comercializa, in cativa ani, centrale electrice actionate de valuri, cu o putere intre 500 si 1000 KW. De fapt, Japonia detine deja peste 400 de centrale marine de mica putere, care asigura cu energie vasele ancorate in raza porturilor, farurile si balizele luminoase.

In Marea Britanie, Departamentul Industriei a alocat, incepand din 1974. sume importante in vederea realizarii programului de studii si cercetari privind folosirea energiei valurilor. Conceput in mai multe etape, programul precomzeaza ca inca din acesti ani sa inceapa productia la scara industriala a echipamentelor destinate dotarii viitoarelor centrale marine.

Specialistii firmei Lockheed din SUA, au conceput si realizat un miniatol artificial in vederea captarii energiei valurilor. Procedeul a urmarit initial numai producerea energiei electrice, dar ulterior s-a constatat ca el poate fi utilizat si in alte scopuri, cum ar fi desalinizarea apei.

in Insula Mauritius, in dreptul golfului Riambel, se va construi in viitorii ani o centrala electrica ce va utiliza atat forta valurilor, cat si a mareelor. Productia anuala de energie este estimata la peste 20.000 KWh.

2.2. Energia mareelor

Sub numele de maree sunt cunoscute oscilatiile periodice ale nivelului oceanelor si marilor deschise, determinate de atractia lunii si intr-o mica masura a soarelui. Ele detin un potential energetic ridicat, de ordinul a IO⁹ MW, dar potentialul tehnic amenajabil este relativ scazut si necesita un volum foarte mare de investitii. Totusi, exista la nivel de glob cateva regiuni, unde amplitudinea mare a mareelor (peste lOm), si configuratia favorabila a golfurilor, justifica construirea de centrale electrice. Asa sunt de exemplu, Golful Fundy (Noua Scotie), cu o inaltime a mareeii de 19,6 m, Golful Gallegos (Patagonia-Argentina), Golful St. Malo (Franta) de 15m, Golful Bristol (Marea Britanie) de 14,4 m, Golful Khambhat (India) de 12,40 m, Golful Californiei, la gurile fluviului Colorado, de 12,30 m, stramtoarea Hudson (Canada) de 11,80 m. La aceasta se adauga unele locuri de pe coasta Marii Albe, Marii Ohotsk, Marii Chinei de Sud, Golful Alaska, Golful Roebuk (Australia) etc.

Specialistii apreciaza ca numai in zona Marii Albe si Marii Ohotsk pot fi construite centrale cu o putere instalata de circa 14000 MW.

Desi puterea mareelor este de mult timp cunoscuta, studii sistematice in vederea construirii de centrale mareemotrice la nivel industrial au inceput abia dupa al doilea razboi mondial. Un prim succes in acest domeniu il constituie realizarea centralei mareemotrice Rance (Franta), pusa in functiune in 1996, echipata cu 24 agregate bulb a 10 MW fiecare, insumand 240 MW. Datorita turbinelor de tip bulb, centrala functioneaza in ambele sensuri, respectiv si la flux si la reflux, si realizeaza o productie de 0,5-0,6 TWh/an.

A doua centrala mareemotrica din lume, dar de mica putere (400kw), a fost construita in CSI. la Kislaia Guba, in nordul Peninsulei Kola, unde inaltimea mareelor este de 14 m. Tot in aceasta zona se construieste si centrala Lumbovka de 320 MW.

In R.P. Chineza se foloseste cu rezultate bune puternica maree din Golful Yuetsing din Marea Chinei de Est. Aici functioneaza doua centrale: una in zona Kianghsia de 500 KW, a doua in golful Thinghang, din provincia Shantdong, care functioneaza in ambele sensuri, avand o capacitate de 165 KW.

Conform estimarilor facute de specialistii chinezi, potentialul energetic mareemotric al Chinei, distribuit in cele peste 500 de golfuri, de-a lungul a sapte provincii din regiunea de coasta, se ridica la 110 milioane KW. Din acesta, intr-un viitor apropiat va putea fi exploatat peste 35 milioane KW.

O intensa activitate de cercetare-dezvoltare in vederea folosirii energiei mareelor se desfasoara si in alte tari, cum ar fi de exemplu, Canada, care este preocupata de realizarea unor centrale in regiunea Golfului Fundy, unde functioneaza deja o centrala de 200 MW, SUA, care a inceput experimentarea unei centrale de 500 KW in largul insulelor Hawai, sau Marea Britanie, care a demarat construirea unor centrale mareemotrice pentru estuarele Suvern si Mersey, fiind deja puse la punct atat tehnicile de inchidere a estuarelor, cat si grupurile turbogeneratoare.

O serie de tari aflate in curs de dezvoltare, care dispun de un potential bogat de energie mareemotrica, sunt interesate de valorificarea acesteia. Dupa parerea specialistilor, construirea de centrale mareemotrice poate fi rentabila mai ales in cazul tarilor care nu dispun de combustibili fosili si nucleari, sau detin rezerve reduse. Pentru aceasta este insa nevoie de o intensa activitate de cercetare, care sa abordeze cazurile concrete, de ajutor financiar si de transfer de informatii si tehnologic.

2.3. Curentii marini

Ei reprezinta o forma specifica de miscare a apei marilor si oceanelor, determinata de deplasarea vanturilor dominante, care la frecarea cu masa de apa, cedeaza o parte de energie acesteia.

Deplasandu-se, mai mult sau mai putin regulat, pe directia orizontala, masele de apa pot pune in miscare paletele unei turbine hidraulice care sa antreneze, la randul lor generatoare, producatoare de energie electrica. Se apreciaza ca la o viteza a curentului, cuprinsa intre 50 si 170 Km/24 de ore, o retea alcatuita din 21 de grupe a 11 turbine fiecare, ancorate intr-un curent de dimensiunile Golfstreamului, ar putea realiza 10000 MW, egaland productia a 10 centrale nucleare.

Gradul de cunoastere in acest domeniu este destul de redus, datorita numarului foarte scazut de studii si cercetari efectuate. Totusi, exista preocupari axate pe aceasta problema chiar la nivelul ONU, sub egida caruia s-au efectuat studii si cercetari de catre trei grupuri tehnice, respectiv grupul britanic, grupul olandez si cel al Societatii Eurocean. Conform estimarilor facute de aceste grupe de cercetare, costul energiei electrice produse in mare, este deosebit de ridicat.

Concluzia generala, unanim acceptata de specialisti, este ca aceasta sursa nu poate fi exploatata inamte de anul 2020, si ca pana atunci este necesara o cercetare sistematica si un larg schimb de experienta.

2.4. Energia termica a marilor si oceanelor

in zonele tropicale, energia termica a marilor si oceanelor, sursa inepuizabila, reprezinta un potential energetic ce se preteaza la o exploatare larga. Procedeul de utilizare consta in conversia in energie electrica a diferentei de temperatura dintre apele incalzite de soare de la suprafata si cele reci din adancime.

La suprafata marilor si oceanelor dm zonele tropicale, temperatura apei ajunge la 25-30°C, iar la adancimea de 500 m, scade la 6°C si la 1000 m la 4°C. Diferenta de temperatura ce se realizeaza, mai ales fata de nivelul de 1000 m, este suficienta pentru a pune in functiune un motor termic. Pentru aceasta se folosesc fluidele care au punctul de fierbere la temperatura apei de suprafata, cum sunt: freonul, amoniacul, propanul etc.

Procedeul cel mai cunoscut foloseste amoniacul sub presiune, care are avantajul ca reduce dimensiunile circuitului. In acest sens, amoniacul lichid, racit la adancimea stabilita, este pompat la suprafata, unde este transformat in gaz, de catre un evaporator incalzit de apa de la suprafata. Amoniacul in stare gazoasa, care ocupa un volum de 40 ori mai mare decat in stare lichida, actioneaza o turbina, ce pune in miscare un altemator. in continuare, gazul este lichefiat intr-un condensator la temperatura apei din adancime, dupa care reincepe circuitul. O astfel de instalatie, cu o putere de 27 KW, a fost construita de francezul Georges Claude in Cuba, care, dupa ce a functionat cativa ani, a fost distrusa de uragan.

Dupa 1973, multe state au alocat fonduri importante pentru efectuarea de studii si elaborarea de proiecte in vederea folosirii energiei termice a marilor si oceanelor. Astfel, in SUA, la Kennedy Space Center, a fost brevetata o instalatie modulara de conversie a energiei termice a oceanelor, care serveste ca generator de energie electrica de cea. 100 KW. De asemenea, a mai fost construita o minicentrala de 50 KW, in largul insulelor Hawai, intr-o zona unde temperatura apei de suprafata este de 30°C. Sustinand aceasta activitate. Departamenul pentru energie a SUA a lansat un vast program de conversie a energiei termice a oceanelor (OTEC), conceput in doua etape, respectiv construirea unei uzine OTEC-1, care sa produca 1 MWe, in prima etapa, si construirea unei centrale pilot OTEC-2 de 40 MWe, in a doua etapa. Uzina OTEC-1 a fost terminata si ancorata in largul insulelor Hawai, langa minicentrala deja construita.

Japonia, si ea interesata in folosirea energiei termice a marilor si oceanelor, a lansat un program de conversie inca din 1974. Acesta a demarat prin construirea unei centrale de 1 MWe, urmata de o alta de 25 MWe, pentru ca in jurul anului 1990, in ultima etapa, sa se realizeze o uzina de 1000 MWe.

In Europa, asociatia Eurocean, la care sunt afiliate noua societati nationale, a realizat proiectul unei centrale de 100 MWe, a carei constructie va fi demarata in momentul cand se vor obtine fondurile necesare.

2.5. Gradientii de salinitate

Cercetarile stiintifice si experientele de laborator au demonstrat ca folosindu-se gradientii de salinitate se poate obtine energie, aplicand principiul de osmoza. S-a constatat ca presiunea osmotica intre apa de mare cu salinitate normala si apa dulce este de 25 bar, adica de aproximativ 25 de ori presiunea atmosferei. Aceasta inseamna ca intre doua bazine, unul cu apa de mare si celalalt cu apa dulce, despartite printr-o membrana, s-ar crea spontan o denivelare de peste 240 m. Aceasta denivelare este comparabila cu orice mare baraj hidroenergetic.

Randamentul unei instalatii care sa functioneze pe principiul amintit nu se cunoaste pana acum, datorita faptului ca nu s-a construit inca un prototip. Totusi, calculele estimative efectuate, in cazul unor regiuni in care se poate aplica exploatarea energiei osmotice, indica un potential energetic foarte mare. Asa, de exemplu, o instalatie construita la varsarea Iordanului (rau cu un debit doar de 38 m/s), ar putea produce 1800 MW, datorita salinitatii ridicate a Marii Moarte (de 8 ori mai mare ca a oceanului). Realizarea unei astfel de instalatii intampina insa greutati foarte mari legate, atat de construirea barajului, cat si de obtinerea membranelor semipermeabile, ceea ce insemna ca folosirea energiei osmotice devine o realitate numai dupa anul 2020.

Un procedeu, care pare mai posibil de realizat, este cel al osmozei intarziate. In acest caz fluxul apei dulci se mentine prin membrana doar atat timp cat presiunea hidrostatica a solutiei sarate este mai mica decat presiunea osmotica. Aceasta presiune ar putea fi obtinuta cu ajutorul pompelor, deci nu mai este nevoie de un baraj gigant, ci doar de o cuva sub presiune. Pe baza acestui procedeu s-a realizat deja un proiect pentru construirea unei astfel de uzine la varsarea Iordanului, unde salinitatea ridicata a Marii Moarte, ar putea asigura 100 MW. De asemenea, in SUA, se urmareste construirea unei uzine pe malul Marelui Lac Sarat, unde s-ar putea realiza, datorita cantitatii foarte mari de sare, o putere instalata de 150 MW, prin captarea doar a unei treimi din apa dulce ce se varsa aici.

Procedeul osmozei intarziate s-ar putea realiza in foarte multe regiuni ale globului, teoretic ori unde se intalneste o sursa de apa sarata cu una de apa dulce, sau de sursa de apa cu o salinitate mai redusa, cu una foarte sarata.

3. Energia solara

Asupra pamantului si atmosferei sale se emite in permanenta un flux de radiatie electromagnetica provenit de la soare. Aceasta qantitate de energie, desi reprezinta doar o jumatate de miliardime din energia radiata de soare, corespunde impresionantei cifre de 172 miliarde megawati, ceea ce inseamna de cea. 20 000 ori mai mult decat consumul total de energie al anului 1970.

Prin urmare, privita sub aspect cantitativ, energia solara poate fi considerata o sursa potentiala capabila sa asigure un consum ridicat de energie, in continua crestere. Privita din punct de vedere practic, respectiv a cantitatii reale ce poate fi utilizata, acum si mai tarziu, problema devine deosebit de complexa. Aceasta complexitate rezida, in primul rand, din insasi caracteristicile, favorabile sau nefavorabile, pe care le are energia solara. Daca ea este abundenta, inepuizabila, distribuita universal, prezinta un cost neglijabil in forma sa bruta, deci avantaje pe care nu le are nici o sursa energetica fosila, are in acelasi timp si o serie de particularitati care fac dificila utilizarea ei. Amintim in acest sens densitatea slaba a fluxului energetic (cel mult 1400 w/m²), ceea ce solicita utilizarea unor intinse suprafete de captare, este apoi intermitenta, ca urmare a alternantei zilelor cu noptile si a ecranarii pe o durata mai lunga sau mai scurta, de straturile de nori. Intermitenta face ca durata de msolatie sa varieze de la o regiune la alta, si chiar de la un anotimp la altul. Bunaoara, in zonele aride insorite din apropierea ecuatorului, insolatia este de trei ori mai mare fata de zonele insorite din nord, dupa cum in Europa de Nord, in timpul lunilor de iarna se inregistreaza doar o zecime din radiatia lunilor de vara. De altfel, si in tarile din sudul Europei, diferenta dintre intensitatea radiatiei solare din timpul iernii si cea din timpul verii este destul de mare. Asa, de exemplu, in Cipru, in zilele de iarna intensitatea radiatiei este de 3,5 KWh/m²/zi, in timp ce in zilele de vara aceasta creste la 8,8 KWh/m²/zi.

Din analiza inconvenientelor anuntate se desprind doua probleme fundamentale care trebuie rezolvate, in vederea folosirii rentabile a energiei solare, si anume:

concentrarea radiatiei solare si transformarea ei in una din formele de energie cu utilitate practica directa;

stocarea energiei intr-o cantitate suficienta pentru a putea fi folosita in perioadele lipsite de insolatie.

Astfel spus, pentru a face operationala energia solara, se cer rezolvate o serie de probleme de ordin tehnic, economic si ecologic. In functie de progresele realizate in aceste domenii va creste si ponderea energiei solare la consumul energetic total.

Opiniile privind folosirea energiei solare sunt numeroase si ele nu difera, in linii generale, de opiniile ce se refera la folosirea celorlalte surse energetice sau a politicilor energetice in ansamblu. Una dintre acestea este cea a lui Amory B. Lovins - fizician din SUA - care afirma ca in domeniul energetic, lumea de astazi poate opta fie intre tehnologiile 'hard' (grele), fie intre tehnologiile ''soft' (usoare).

Tehnologiile energetice 'hard', sub forma lor tipica, sunt cele integrate in sistemele energetice actuale, orientate spre producerea centralizata de energie, in grupuri de puteri mari. Ele prezinta un grad inalt de complexitate tehnologica, solicita investitii mari si un aparat functional numeros.

Tehnologiile energetice ''soft', sunt mai diversificate si orientate spre producerea locala de energie, in cantitatile si calitatea ceruta de consumatori. Ele sunt relativ simple, necesita investitii modeste, sunt accesibile oricarei industrii, nu

necesita personal de intretinere numeros, in schimb creeaza locuri de munca pe plan local.

Fara a mai insista asupra avantajelor si dezavantajelor ce rezulta din opiniile lui Lovins, retinem doar faptul ca pe de o parte, nici o economie nu mai poate sustine astazi rezonabil o tehnologie energetica 'hard', iar pe de alta parte, se observa o tendinta de extindere a tehnologiilor 'soft'. De altfel, utilizarea energiei solare in zilele noastre a fost facilitata tocmai de tehnologiile 'soft', tehnologii care asigura un cost al energiei utile mai scazut decat cele ''hard'.

Specialistii in domeniu apreciaza ca in urmatorii 10-20 de ani, tehnologiile 'soft' vor putea asigura folosirea si penetratia pe piata a energiei solare in mod economic si cu efect social si ambiental favorabil. Tehnologiile 'hard', fara a fi neglijate, raman in sfera contribuabililor potentiali importanti, plasandu-se intr-o perspectiva mai indepartata. De altfel, specialistii IIASA[1] sunt de parere ca energia solara 'hard' centralizata, ar putea ajunge. in cele din urma, principala sursa de energie, si teoretic, singura sursa de caldura, electricitate si combustibili sintetici lichizi si gazosi, pentru intreaga lume, in mod continuu si pe timp nedefinit, la o scara similara potentialului fuziunii si fisiunii din sistemul de reactoare regeneratoare.

In zilele noastre, energia solara intereseaza multe sectoare de activitate, cum ar fi agricultura, industria, habitatul etc, folosindu-se metode mai mult sau mai putin diferite, in functie de tehnologiile disponibile. Caile cele mai frecvent folosite sunt fie transformarea ei in energie termica, fie convertirea directa in energie electrica.

Folosirea radiatiei solare sub forma de energie termica, poate fi impartita in doua grupe, in functie de tehnologiile intrebuintate si de temperaturile cerute de domeniul de utilizare, respectiv utilizarea la temperaturi joase si utilizarea la temperaturi ridicate.

Utilizarea energiei solare la temperaturi joase are in vedere, pe de o parte, absorbtia radiatiilor solare de catre corpuri de culoare inchisa (neagra), iar pe de alta parte, crearea efectului de sera, fenomene folosite simultan in constructia de helioconvertoare. Aceste helioconvertoare, numite si convertoare plane, permit incalzirea unui fluid (apa, aer etc), cu un randament de pana la 60%, la temperatura de 100°C. Ele se bucura de un larg interes in lumea intreaga, datorita aplicatiilor extrem de numeroase.

O noua tehnologie de utilizare a energiei solare la temperaturi joase a fost elaborata de Centrul de Cercetari pentru Energia Solara din cadrul Universitatii Queensland (Australia). Este vorba de construirea unor asa zise 'iazuri solare', cu un volum de 600 m³ fiecare, cu ajutorul carora se capteaza si se stocheaza energia solara. In aceste iazuri, la o adancime de 13 cm de la suprafata apei, se amplaseaza o structura transparenta in forma de fagure, acoperita cu o pelicula foarte subtire de material plastic, rezistenta la radiatiile ultraviolete. Pentru reducerea pierderilor prin evaporatie, suprafata apei este acoperita cu un strat de ulei siliconic, cu o vascozitate mare. Se apreciaza ca un astfel de 'iaz solar', dotat cu echipamentul necesar, este capabil sa produca o putere de KW.

Folosirea energiei solare la temperaturi joase este deja raspandita, cu randament destul de bun, in o serie de tari ale globului. Astfel, in Japonia cele peste milioane de instalatii de incalzit apa, aduc o economie anuala de tone echivalent petrol; Israelul, care are peste de astfel de instalatii, evita importul de combustibil in valoare de milion de dolari pe an; in Franta se prevede, ca in urmatorii ani, un milion de locuinte sa fie dotate cu astfel de convertori, iar in Australia, conform planurilor de perspectiva, urmeaza ca in anul circa din consumul folosit pentru incalzire sa fie asigurat de energie solara. SUA este de asemenea preocupata de dezvoltarea si extinderea folosirii acestor instalatii. Astfel, un studiu efectuat cu privire la incalzirea si climatizarea spatiilor de locuit sau de productie cu ajutorul energiei solare, arata ca aceasta tara va putea economisi in anul o cantitate de combustibil echivalenta cu milioane de barili petrol pe an.

In tara noastra exista realizari importante in acest domeniu. INCREST a construit o serie de helioconvertori, de marimi diferite, echivalenti ca performanta cu cei realizati pe plan mondial. Cu acestia au inceput sa fie echipate numeroase obiective, printre care amintim: camerele de uscare a lemnului, statii pentru uscarea cerealelor, statii pentru incalzit spatii de productie, statii pentru incalzirea si prepararea apei calde pentru locuinte etc., realizandu-se in felul acesta, importante economii de combustibil (cea. t.c.e.).

Utilizarea energiei solare la temperaturi ridicate, necesita cresterea randamentului conversiei termodinamice, cea ce solicita folosirea unui sistem optic care sa faca posibila concentrarea radiatiei solare in vederea ridicarii temperaturii sursei la 150-350°C. Acest lucru se realizeaza utilizand sisteme de colectori distribuiti, formati din oglinzi focalizante, in focarul carora sunt amplasati convertori heliotermici. Temperatura de lucru obtinuta prin aceste dispozitive, variaza intre si 250°C, datorita concentrarii moderate (de ori). Realizarea unor temperaturi de lucru de 250-350°C se poate face utilizand oglmzi cu focalizare punctuala sau oglinzi parabolice orientabile.

Cresterea randamentului termodinamic pentru producerea unor puteri de cativa megavati, se realizeaza prin construirea de centrale de tip turn, alcatuite dintr-un camp de oglinzi orientabile (heliostate), amplasate astfel incat razele reflectate sa fie tot timpul dirijate spre un colector central, amplasat pe turn. O astfel de centrala s-a construit in Franta, la Targasonne (Pirinen Orientali), la altitudinea de m. Energia electrica bruta obtinuta, reprezinta din energia solara incidentala. Avand in vedere rezultatele obtinute, specialistii francezi considera ca o astfel de centrala, cu o putere de MW, construita in zone foarte insorite, cum ar fi

California sau Arabia Saudita, ar produce un KWh la un pret avantajos, respectiv de circa 2 franci francezi.

Pe glob mai exista si alte tari care au construit centrale ce folosesc conversia termodinamica pentru producerea de energie electrica. Amintim, astfel, centrala electrica din Armenia, care isi incalzeste cazanele cu energie solara, centrala electrica de la Dirre (reg. Gao), din Republica Mali, care deserveste un sistem de irigatii, centrala de langa orasul Madras (India), care asigura energia electrica pentru o mica localitate din apropiere, sau centrala israeliana de pe tarmul Marii Moarte, de 150 KW etc.

Pentru viitorul apropiat, se preconizeaza construirea in Europa a unor centrale de acest tip, cu puteri electrice mult mai mari (intre 800 si 3500 KW), iar in Japonia, firmele Mitsubishi si Hitachi, urmaresc realizarea unor centrale de 1 MW si respectiv 1,2 MW.

Conversia directa a energiei solare in energie electrica se poate realiza folosind, fie efectul fotovoltanic, fie efectul termoionic sau cel termoelectric. Dintre aceste fenomene, specialistii considera ca cel mai sigur viitor il are conversia fotovoltaica, fenomen care utilizeaza proprietatea fotopilelor (celule solare) de a transforma direct radiatia solara in electricitate. Pentru aceasta se folosesc celule de tip C4S/CU2S, celule cu siliciu si celule fotovoltaice cu galium. Ca exemplu de astfel de centrale electrice amintim cea din Crimeea, cu o putere instalata de 5000 KW, care utilizeaza celule fotovoltaice cu heterostructura. Deocamdata, insa, pretul pentru producerea unui watt pe aceasta cale este destul de ridicat (10-30 de dolari), dar exista proiecte si previziuni, cum sunt cele elaborate de NASA, care isi propun ca, in cativa ani, sa realizeze o mare centrala fotovoltaica, cu un cost maxim pe KW de 500 dolari, deci un pret mai scazut de 40 ori fata de pretul realizat astazi.

Pe langa imbunatatirea tehnologica a celulelor solare, se considera ca sistemul fotovoltaic poate castiga noi dimensiuni, daca s-ar folosi sateliti speciali, dotati cu astfel de celule, plasati pe o orbita geostationara. Conceptul de statie-satelit solara a pornit de la Peter Glaser, care a fost apoi preluat de oamenii de stiinta de la Universitatea din Chicago, subventionati de Departamentul Energiei al SUA. Panourile unei astfel de statii ar intercepta 85 GW energie solara radianta, care, prin intermediul celulelor solare va fi convertita la 15 GW energie. Aceasta energie urmeaza sa fie transformata in microunde de inalta frecventa, pentru a fi transmise pe pamant si apoi reconvertite in 10 GW energie electrica, o cantitate suficienta pentru a satisface necesarul de energie electrica a orasului New-York.

Cu toate preocuparile si proiectele existente, pana in prezent, folosirea celulelor solare s-au dovedit rentabile in domeniul spatial,-(majoritatea satelitilor fiind dotati cu astfel de generatori de energie) si in situatii particulare, in zonele rurale din regiunile cu buna insolatie si unde consumul nu depaseste 150 KW, cum e cazul in Spania, Libia, Australia, Pakistan, Indonezia, Japonia etc.

4. Energia eoliana

Rezervele anuale potentiale ale energiei eoliene la nivelul globului, sunt estimate de specialisti la 2,6xl0¹⁴KWh. Aceste rezerve nu pot fi insa exploatate decat in proportie redusa datorita unor constrangeri determinate, In mare masura, de caracteristicile vanturilor, cum sunt: concentrarea relativ mica a energiei s: variatia vitezei in timp. Pe baza experientelor efectuate, s-a dedus ca la un vant cu o viteza de 9 m/sec, care actioneaza un dispozitiv cu o suprafata de 1 m', se poate produce 1000 de volti, iar la o viteza de 3m/sec, puterea scade la 35 de wati. Prin urmare, energia rezultata variaza cu cubul vitezei vantului, cu specificarea ca daca acesta creste de doua ori, puterea energetica creste de opt ori. Aceasta este legea fundamentala de care trebuie sa tina seama orice hotarare de valorificare a energiei eoliene.

La constrangerile determinate de caracteristicile vantului, se adauga apo: altele de natura tehnologica, cum ar fi incapacitatea instalatiilor de-a extrage In intregime energia vantului. in acest sens specialistii apreciaza ca teoretic din potentialul total se poate extrage cel mult 59,3%.

in ceea ce priveste folosirea energiei eoliene, astazi se apreciaza ca ea prezinta interes Intr-o gama larga de activitati, incepand cu cele traditionale (pomparea apei, macinarea cerealelor, punerea in miscare a ferastraielor etc.) si continuand cu alimentarea cu energie electrica si termica a localitatilor izolate, in transporturile navale, la punerea in miscare a pompelor care actioneaza uzinele de desalinizare a apei prin osmoza inversa etc.

O apreciere exacta privind contributia potentialului eolian la alimentarea mondiala cu energie este destul de greu de facut, datorita datelor insuficiente cu privire la vant si la problemele legate de alegerea amplasamentului instalatiilor. Cu toale, acestea, s-au facut uuele estimari, care pun in evidenta o crestere in ultimul deceniu, a aportului acestei surse la balanta energetica, respectiv de la o productie preliminata de 3xl0¹⁰KWh/an in anul 1990*, la 90xl0¹⁰ Kwh in anul 2000.

Datorita avantajelor pe care le ofera folosirea energiei eoliene, m numeroase tari ale globului s-au lansat importante programe de cercetare-dezvoltare in acest domeniu. Astfel, in Danemarca, Ministerul Energiei a finanta: inca din 1978 construirea unei statii experimentale de folosire a energiei eoliene ia Ris National Laboratory. Pe baza experientei castigate si alocarii de noi fonduri au fost puse in functiune numeroase aerogeneratoare, astfel ca in 1985 numarul acestora se ridica la circa 1400.

Cercetarile actuale din Danemarca privind aerogeneratoarele mari sunt concentrate asupra a doua mori de vant, cu diametrul de 40 m fiecare, si cu o putere de 600 KW, amplasate la Nibe, in apropiere de Aalborg. Ele urmaresc sa faciliteze trecerea, intr-un timp scurt, la construirea unor agregate cu puteri mari, utilizate la producerea energiei electrice. Concomitent cu aceasta, se desfasoara o intensa activitate de proiectare si experimentare a unei game variate de tipuri de masini, cu puteri diferite, atat cu ax orizontal, cat si cu ax vertical. Foarte apreciat de specialisti este aerogeneratorul 'Innoventie' de 30 KW, cu rotor de aluminiu, cu trei pale, si un altul de 22 KW, foarte practic si usor de realizat din otel cornier.

Pentru a facilita cresterea aportului energiei eoliene la balanta energetica a tarii, in Danemarca s-a creat un adevarat sector industrial producator de aeroagregate. Pe aceasta baza isi asigura realizarea programelor energoeoliene interne, si chiar importante disponibilitati la export. Asa, de exemplu, 1985 valoarea exportului de aerogeneratoare se ridica la circa 2000 de milioane DK (coroane daneze).

Importante studii si cercetari privind folosirea energiei eoliene s-au efectuat in Marea Britanie, tara care dispune de un prag continental larg, acoperit cu ape putin adanci, si de o bogata experienta privind constructiile in largul coastelor.

Conform parerii specialistilor din aceasta tara, amplasarea a 200 de aerogeneratoare intr-o zona in largul marii, care sa ocupe o suprafata de 60 Km², ar produce o putere electrica de 600 MW. Electricity Generating Boord, facand studii cu privire la amplasarea de instalatii pe intinsul coastelor, apreciaza ca folosirea energiei eoliene ar putea asigura pana la 20% din cererea de energie a tarii.

In Cipru, energia eoliana este traditional folosita in sectorul agricol, in regiunile in care viteza vantului depaseste 4 m/s. Prin extinderea ei si la alte sectoare, aportul sau la consumul total a ajuns sa creasca la 3,5%.

in Romania, cercetarile axate pe folosirea potentialului energetic eolian, au stabilit ca aceasta sursa energetica poate fi utilizata in mod rentabil mai ales in Dobrogea, Delta Dunarii, Baragan, nordul Moldovei si in zona montana. Astfel de statii au fost deja construite In Baragan, cum este cea de la Chiajna (langa Bucuresti), pentru pomparea apei, in Delta Dunarii (o turbina de 30 KW), la Voineasa in Muntii Lotrului si in alte regiuni ale tarii, urmand ca numarul lor sa creasca pe masura asigurarii cu instalatii perfectionate.

Si in alte continente au fost lansate programe de cercetare-dezvoltare si s-au alocat investitii menite sa impulsioneze folosirea potentialului energetic eolian. in acest sens, SUA, in cadrul programului de utilizare a acestei forme de energie, a construit inca din 1974 aparate cu un diametru de 40 m, cu o putere de 10 KW, pentru ca in 1980 sa inceapa construirea unor instalatii cu diametru de 91 m, cu o putere de 2,5 MW.

in ultimul timp s-a trecut la folosirea energiei eoliene pentru producerea energiei electrice si termice, construindu-se un generator eolian care actioneaza, prin intermediul unui multiplicator de turatie centrifugal, un compresor de aer. Instalatia, care poate alimenta cu energie electrica si termica mici consumatori, de regula izolati, este autoorientabila in directia vantului si utilizabila in regiuni cu regim instabil de vant. De asemenea, Lewis Researche Center al NASA, a realizat un sistem de turbine eoliene capabil sa asigure cu energie intre 2000 si 3000 de locuinte.

O importanta realizare o constituie folosirea energiei eoliene cuplata cu o alta sursa regenerabila, respectiv cu energia solara. Este vorba de construirea unei minicentrale solar-eoliene, care asigura cu energie electrica un numar de noua locuinte individuale. Instalatia, amplasata la Milton Keynes, este alcatuita dintr-o turbina eoliana de 20 KW, o serie de celule fotovoltaice insumand 5 KW si un acumulator pentru stocarea energiei electrice in surplus.

Australia, urmarind sa foloseasca in proportie ridicata energia eoliana, a diversificat mult gama aerogeneratoarelor, reusind in felul acesta sa exploateze si vitezele foarte mici ale vanturilor. In acest sens a fost construit si pus in functiune un agregat aerian, care devine operational incepand cu o viteza a vantului de 0,9 m/s (aparatele obisnuite se pun in miscare la 3,6 m/s). In programul sau de perspectiva se prevede ca prin instalarea unui mare numar de aerogeneratoare, in zonele cu potential ridicat, puterea instalata a centralelor eoliene sa atinga 6,7 GW, in anul 2000 si 130 GW in 2010.

Numarul mare de instalatii ce functioneaza in diferite regiuni ale globului, ca si utilizarea lor intr-o gama variata de activitati, inclusiv pentru producerea energiei electrice, pune in evidenta larga preocupare pentru exploatarea si rentabilizarea energiei eoliene. Dealtfel, estimarile cu privire la aceasta problema, apreciaza ca in regiunile cu vanturi permanente, utilizarea ei inclusiv pentru producerea de energie electrica este deja rentabila.

O problema importanta care se pune in legatura cu "folosirea energiei eoliene este aceea de-a asigura energie electrica si in perioadele in care viteza nu este suficient de mare ca sa mentina in functiune turbinele. Acest neajuns se rezolva la ora actuala prin o serie de procedee de acumulare a surplusului de energie existent la un moment dat, cum sunt: folosirea de baterii, pile de combustie cu hidrogen, acumulari de aer prin pompare etc.

5. Energia geotermala 5.1. Aspecte generale

Aceasta forma de energie cuprinde caldura din interiorul Pamantului, care s-a acumulat succesiv pe masura evolutiei sale geologice. Ea provine atat din surse endogene, cum sunt gravitatia, dezintegrarea radioactiva, reactiile chimice insotite de degajari de caldura, miscari verticale etc, cat si din surse exogene, cum ar fi activitatea solara, radiatia cosmica, mareele terestre, activitatea umana etc.

Pentru a pune in evidenta principalele caracteristici ale distributiei in scoarta terestra, se folosesc doua marimi specifice si anume gradientul geotermic si treapta geotermica.

Gradientul geotermic pune in evidenta cresterea temperaturii cu adancimea pe o anumita unitate de lungime considerata. De obicei se calculeaza la 100 m sau la 1 Km si se exprima in grade celsius pe unitatea respectiva de lungime.

Treapta geotermica indica marimea intervalului de adancime pentru care temperatura creste cu 1°C, fiind dependenta de valoarea gradientului termic. Valorile cele mai ridicate ale treptei geotermice se constata a fi in cadrul ariilor continentale vechi, cum ar fi, de exemplu, in Africa de Sud (Transvaal), unde

temperatura creste cu 1 C la 172,7 m, iar cele mai mici, in zonele cu vulcamsm activ, unde temperatura creste cu 1°C doar pe o adancime de cativa metri.

Pe baza unui numar de date obtinute prin cercetarea unor numeroase teritorii, s-a stabilit o valoare medie a treptei geotermice de 33 m/l⁰C'. Ea are semnificatia de treapta geotermica normala pentru scoarta terestra de tip continental si in raport cu ea se stabilesc ariile geotermice anormale de maxim (cand treapta geotermica este mica) si de minim (cand treapta geotermica este mare).

Campurile geotermice cele mai importante se suprapun 'Cercului de foc al Pacificului' in care intra, printre altele, Noua Zeelanda, Indonezia (Iawa, Sumatera), Insulele Kurile, Peninsula Kamciatka, Ins. Aleutine, Alaska, anumite parti din Muntii Stancosi, California, Guatemala, Salvador, Costa Rica si anumite parti din Muntii Anzi. La acestea se adauga alte teritorii cu resurse geotermice importante, cum sunt: Insulele Canare, Spania, Franta, Italia, Grecia, Orientul Apropiat, Caucaz, ca si structurile din Africa, in care se incadreaza estul Zairului, Etiopia, Djibuti, Tanzania, Uganda, Kenia, Burundi. Mari acumulari se resurse geotermice se afla concentrate si in lantul vulcanic din Ins. Havvai.

Resursele geotermice sunt clasificate din punct de vedere geologic in trei mari sisteme si anume: sisteme cu convectie hidrotermica, sisteme de roci vulcanice si cu temperaturi inalte, si sisteme bazate pe conductivitate.

Sistemele cu convectie geotermica cuprind indeosebi izvoarele termale, plajele cu namol sulfuros si eruptiile vulcanice cu gaze. In aceste cazuri este vorba de o sursa de caldura, formata din roci aflate la temperaturi inalte sau in stare de fuziune, situate la adancimi destul de aproape de suprafata terestra. Aceasta zona este acoperita cu o formatiune litologica permeabila, in care se afla inmagazinata apa provenita din precipitatii. In contact cu rocile fierbinti apa se incalzeste si apoi se ridica spre suprafata.

Al doilea sistem are in vedere atat magma, cat si rocile uscate impermeabile cu temperaturi ridicate, de la marginea solidificata a magmei si de deasupra ei. Aceste energii reprezinta la ora actuala doar o forma potentiala, aflata in faza incercarilor experimentale, cum sunt cele de la Los Alamos (New Mexico-SUA), sau din regiunea Cornwall (Marea Britanie). Metodele preliminare de exploatare a acestor surse potentiale de energie se bazeaza, in principiu, pe injectarea apei pana la nivelul rocilor fierbinti, si apoi captarea ei sub forma de apa calda sau aburi.

Sistemul geotermic bazat pe conductie, ia nastere fie atunci cand intr-o zona cu flux ridicat de caldura se formeaza un bazin sedimentar adanc (ex. bazinul Parizian), fie cand intr-un geosinclinal, fluxul normal de caldura al pamantului este blocat de straturi izolate groase de roci impermeabile (nord-vestul Golfului Mexic). In al doilea caz se formeaza zacaminte sub presiune geostatica (geopresurizate), ce au fata de cele sub presiune normala, temperaturi mai ridicate (150-180^UC).

V. Lazarescu, Geologia fizica, Editura Tehnica, Bucuresti, 1980.

5.2. Utilizarea energiei geotermale

Se apreciaza in mod frecvent ca Terra dispune de un potential enorm de energie geotermala, si ca. din acest motiv, la dispozitia omului se afla o sursa de energie de substitutie inepuizabila. intr-adevar, caldura inmagazinata in primii cinci kilometri ai crustei terestre este enorma, respectiv de ordinul a 3,4 x IO²⁵ calorii, ceea ce reprezinta de aproape 500.000 de ori consumul mondial de energie din anul 1984. Desigur, este vorba de o apreciere pur teoretica si nu de o rezerva exploatabila. in realitate, caldura in scoarta terestra este atat de dispersata, si nivelul temperaturilor. in majoritatea regiunilor globului, atat de scazut incat numai o cantitate infima a acestui potential poate fi captat si utilizat de om in scopuri practice.

Cat priveste caracterul regenerabil al acestei surse, se impune precizarea ca el se verifica doar la scara geologica. Atunci cand se vorbeste de cazuri reale de exploatare a unei surse geotennale se eludeaza de fapt, orice semnificatie, din moment ce la scara timpului, cateva decenii, este peste tot insuficienta pentru a face posibila regenerarea caldurii in proportie apreciabila.

Utilizarea energiei geotennale este practicat de foarte, multa vreme. In sec. al IX-lea, de exemplu, irlandezii foloseau energia geotermala pentru pregatirea hranei, in evul mediu multe orase din Europa foloseau apa calda din surse naturale pentru incalzirea locuintelor. Astazi gama de utilizare s-a largit, fiind folosita atat direct, sub forma de caldura, cat si indirect, la producerea energiei electrice.

Aplicatiile directe ale energiei geotermale ofera o serie de avantaje, materializate prin randamentul ridicat, perioada scurta de punere in functiune, costul redus al investitiilor si exploatarii, posibilitatea utilizarii resurselor cu temperaturi relativ scazute si folosirea unor echipamente obisnuite pentru transferul de caldura. Domeniile de utilizare vizeaza o arie foarte larga, cum ar fi: in agricultura, industrie, in scopuri casnice etc.

Una dintre cele mai vechi aplicatii, si totodata cea mai larga modalitate de utilizare a energiei geotennale, o reprezinta incalzirea locuintelor. inca la inceputul actualului secol, locuitorii din Klamath (Oregon), au forat peste 400 de puturi pentru a capta apa calda, la o temperatura intre 40°C si 110°C, pe care o utilizau atat la incalzitul locuintelor, cat si In uzul casnic.

in Islanda, resursele geotermale asigura incalzirea a peste 75% din populatia tarii. Capitala, Reykjavik, dispune de cel mai important sistem de incalzire urbana cu energie geotenuala cunoscut in zilele noastre. Ea foloseste caldura provenita de la doua panze geotennale existente in subsolul orasului, si de la o panza situata la 15 Km distanta. in Franta, in Bazinul Parizian si Aquitaine, sunt in functie sau in curs de racordare 64 de sonde, care asigura incalzirea a circa 50 000 de apartamente din Paris, 15000 de apartamente conventionale in Meaux, cateva mii de apartamente in Melun etc. Numai prin incalzirea locuintelor dhi surse geotennale, Franta a reusit sa substituie 171000 t.e.p. China, a carei resurse geotermale sunt echivalente cu 47 miliarde tone carbune, este preocupata de utilizarea acestei energii la incalzirea locuintelor. La ora actuala in Beijing, o

suprafata locuibila de peste 250000 m² este incalzita prin acest procedeu. Sisteme geotermale care asigura incalzirea locuintelor mai sunt construite si in alte state, cum sunt: SUA, CSI, Mexic, Canada etc.

In tara noastra, cele mai cunoscute resurse geotermale se afla in zona Oradea - Baile Felix si zona Crisului Repede, estimate la 76 milioane m³ anual. Apa, a carei temperatura ajunge la 80-90°C, este deja folosita, printre altele, si la incalzirea unor locuinte din municipiul Oradea. Se estimeaza ca folosirea acestei surse cu un randament de numai 10%, ar aduce o substituire de energie echivalenta cu 270 000 t. lignit pe an, iar prin cresterea randamentului, folosind tehnologii mai perfectionate, s-ar putea obtine economii de cea. 700 000 t.e.c./an.

O larga utilizare o au aplicatiile directe in agricultura, respectiv la incalzitul adaposturilor in zootehnie, cultura ciupercilor, acvacultura etc. Asa, de exemplu, in CSI, peste 25 milioane m² de sere, care produc cea. 1 milion tone legume pe an, sunt incalzite cu ape termale, iar in Italia se economiseste pacura in valoare de peste 600 000 dolari, prin incalzirea unor sere folosind acest procedeu.

In ultimul deceniu s-a extins folosirea directa a energiei geotermale si in industrie. Bunaoara, in Islanda, este folosita la tratarea diatomitei si la scoaterea umezelii din minereurile de siliciu, in Noua Zeelanda, la tratarea pastei de hartie si a lemnului etc.

Cu toata gama larga de folosire directa a energiei geotermale, echivalentul energetic a acesteia era In 1985 doar de 4,2 milioane t.e.p., ceea ce inseamna o pondere de numai 0,057% din consumul mondial al anului respectiv. Desi la sfarsitul acestui secol se prevede o dublare a ponderii, incidenta aplicatiilor directe asupra consumului total de energie va fi cu totul marginal la scara mondiala.

Utilizarea indirecta, respectiv exploatarea energiei geotermale pentru producerea de energie electrica, a inceput in Italia, In 1904, la Larderello. In mod practic, pana in 1955, singura tara din lume care folosea aceasta energie In acest scop era Italia, tara care in anul amintit detinea in centralele geotemiice o putere instalata de 260 MWe. Dupa acest an mai multe state au urmat calea Italiei, ceea ce a facut ca in 1970, puterea totala instalata sa se ridice la 1895 KWe (tabel 29).

Tabel 29. Capacitatea de producere a electricitatii de origine geotermala in lume, MWE (1970)

Dupa Walter R. Schmittsi colab., Energia geotermala, ENERG, nr. 15, 1988,

in continuare, ca efect al celor doua 'socuri' petrolifere, folosirea energiei geotermale s-a intensificat, asa incat in 1988 numarul statelor care produceau energie electrica pe aceasta cale, se ridica la cea. 20, totalizand o putere instalata de 8 019 MWe.

intre tarile care folosesc energia geotermala pentru producerea de electricitate, SUA realiza, in 1988, in cele peste 24 de uzine, cea mai mare putere instalata din lume, respectiv 3 892 MW. in perspectiva se preconizeaza extinderea utilizarii acestei forme de energie, urmand sa se construiasca o serie de centrale geotermale in Carolina de Sud, California si alte regiuni, astfel ca in anul 2010 puterea totala instalata sa ajunga la 20 000 MWe.

In Japonia functioneaza in prezent peste 15 centrale geotermice, cu o putere instalata de peste 215 MW. Pentru dezvoltarea in perspectiva, au fost explorate cea 300 de platforme, stabilindu-se un potential ce ar putea asigura o productie de peste patru ori mai mare decat totalul actual de energie electrica a tarii.

CSI-ul, bazandu-se pe marile resurse geotermale de care dispune, intentioneaza ca in actualul deceniu sa obtina, pe aceasta cale, aproximativ 5% din totalul energiei electrice. In prezent sunt construite, sau urmeaza sa fie construite, mai multe centrale geotermice, in tinutul Stavropol, in Daghestan, in Ucraina Transcarpatica etc.

Indonezia, urmarind intensificarea folosirii energiei geotermale pentru producerea de energie electrica, a efectuat o vasta activitate de prospectare, in urma careia sau depistat noua zone geotermale majore, cu resurse estimate la 10 000 MW. Prin extinderea capacitatii centralei de la Kamajang la 100 MW, punerea in functiune a celei de la Gunung Salak (Jawa), si construirea unor centrale In alte cinci regiuni, Indonezia isi va asigura, pe aceasta cale, 10% din totalul energiei electrice, pana in anul 2010.

Posibilitatile de folosire a energiei geotermale vor capata, in perspectiva, o deschidere mult mai larga, odata cu perfectionarea tehnologiilor de captare si valorificare. Mai mult, o serie de proiecte aflate astazi in studiu, urmaresc folosirea ei concomitenta, atat la producerea de electricitate, cat si la incalzire. Cu toate acestea, se considera ca ponderea ei, chiar la nivelul anului 2000, nu a depasit 0,8% din totalul consumului de energie la nivel de glob. In schimb, ea va putea deveni o veriga puternica in sistemul energetic al tarilor cu zacaminte bogate.

6. Sisturile bituminoase si nisipurile asfaltice 6.1. Sisturile bituminoase

Marea majoritate a bitumurilor se considera a fi de origine externa, fiind formate pe seama transformarii unor acumulari de substante organice, prin procesul de bitumizare. Acest proces are loc in masa unor sedimente pelitice, bogate in materie organica, acumulate in cantitate mare pe fundul unor bazine marine stagnante, in lagune si in unele lacuri cu o salinitate, de obicei, ridicata, si un grad redus de aerisire. Substanta organica, bogata in grasimi, este supusa la inceput unui proces de descompunere sub influenta bacteriilor anaerobe, rezultand hidrocarburi gazoase, care se pun in libertate. In acelasi timp, in materia organica semidescompusa are loc un proces de saponificare a grasimilor, facilitat de mediul salin, cu formarea si concentrarea de acizi grasi. Alaturi de acizii grasi se acumuleaza si hidrocarburi formate pe seama unor organisme ramase in sedimente dupa moartea lor.

incadrate in categoria combustibililor minerali, sisturile bituminoase inglobeaza cantitati variabile de hidrocarburi. Cele care au un continut mai mare de 10%, se pot folosi pentru extragerea combustibililor lichizi, cum e cazul sisturilor de la Glen Davis din Australia (30,5%), Green River din SUA. Tatui din Brazilia, Transvaal din Africa de Sud, Kubasev din C.S.I. etc, iar cele cu un continut mai mic, pentru obtinerea combustibililor gazosi sau pentru arderea in termocentrale. Sigur, valoarea economica a sisturilor bituminoase depinde nu numai de continutul lor in substante combustibile, ci si de alti factori, cum ar fi volumul zacamantului, grosimea stratelor. adancimea la care se gaseste, accesibilitatea in teritoriu etc.

Cat priveste cantitatea de ulei ce poate fi extrasa din rezervele de sisturi, la Conferinta Mondiala a Energiei din 1980, s-a emis parerea ca aceasta va atinge cifra de 50 mld.t, in cazul rezervelor certe si cea 720 mld.t. in cazul rezervelor probabile.

Zacamintele de sisturi bituminoase care contin substante combustibile exploatabile au o raspandire larga, fiind prezente in toate continentele si in toate subdiviziunile stratigrafice. Cu toate acestea inca nu se poate vorbi de o localizare precisa a tuturor zacamintelor existente, din care cauza evaluarea cantitativa a rezervelor globale la 475 mil.t. este aproximativa si provizorie.

Cele mai mari rezerve cunoscute se afla in America de Nord, care detine 67,3% din totalul mondial. Din pacate insa, din cele 320 mld.t., pot fi recuperate in conditiile actuale numai un procentaj foarte redus, respectiv 3,75%. Aici se remarca SUA, prin marele zacamant din bazinul Green River, la care se adauga cel de la Salt Lake City (Utah), din Wyoming etc. Sisturile bituminoase de cea mai buna calitate, care pot furniza pana la cea 400 1. ulei/tona. se afla la Pinceance Creek.

Rezerve de sisturi bituminoase se gasesc si in Canada, unde cel mai cunoscut este zacamantul din Nouvelle Ecosse.

America de Sud ocupa locul al doilea in lume, concentrand 24,2% din rezervele globului. Principalele zacaminte se afla in Brazilia, respectiv in bazinul Irati, care se extind si in Uruguay, si in Venezuela, cu cea mai mare concentrare in bazinul Orinoco.

Mari rezerve de sisturi bituminoase se afla in Estonia (Kuckers), cu un continut de 259 1. ulei/tona, in CSI, respectiv in regiunea Sankt Petersburg, zona Kubasev - Saratov, platforma Est-Siberiana etc.

in Asia cele mai mari rezerve se gasesc in R.P. Chineza, in special in partea de nord-est a tarii (Fushun), in Thailanda, care are rezerve de buna calitate, in Myanmar etc.

Europa detine doar 2,3% din rezervele mondiale, fiind prezente in Franta, Marea Britanie (Scotia Centrala), Spania (Puertolano), Romania (Anina, Doman), Suedia, Germania etc.

In Africa exista putine tari cu rezerve cunoscute. Printre acestea se remarca Africa de Sud (Transvaal), Marocul, Zairul, Congo, Madagascar etc. Avand in vedere ca teritorii intinse nu au fost inca cercetate din acest punct de vedere, intensificarea explorarilor va duce cu siguranta la o sporire a rezervelor.

Rezervele de sisturi bituminoase se gasesc si in Australia, unde cele mai cunoscute sunt zacamintele de la Glen David si Rundle, si de asemenea, in Noua Zeelanda.

6.2. Nisipurile asfaltice

Ele sunt definite ca nisipuri necimentate, provenite din diferite roci sedimentare, care contin ulei cu o foarte slaba fluiditate. La originea lor stau mari aglomerari de sedimente deltaice, cu strate bogate in substante organice.

Dintre zacamintele cunoscute, cele mai mari se afla in Canada, in provincia Alberta, si anume la Arthabasca (116 x IO⁹ tone), Cold Lake (25 x IO⁹ tone), Peace River (10 x IO⁹ tone), Wabasca (6x109 tone), Buffalo Head Hils etc. in Athabasca, o parte din zacaminte se afla aproape de suprafata, ceea ce permite exploatarea lor la zi.

Mari cantitati de nisipuri asfaltice se afla in Venezuela, localizate in partea orientala, la nord de fluviul Orinoco. Desi nu sunt inca bine evaluate cantitativ, se apreciaza ca ele reprezinta resurse de ordinul a 150-450 mld.t. de asfalt sau ulei greu.

in CSI, cele mai importante zacaminte cunoscute, evaluate deocamdata la 27 mld.t., se concentreaza in regiunea dintre Volga si Ural, respectiv intre orasele Kazan si Kuibasev.

Mari zacaminte de nisipuri asfaltice se mai afla in SUA. fiind concentrate in partea estica a statului Utah (Asphalt Ridge), si in Madagascar (Bemolong). De asemenea, se mai cunosc zacaminte in Albania, Argentina, Bhutan, Ecuador, Franta, India, Indonezia, Iran, Nigeria, Romania si Senegal.

in ceea ce priveste utilizarea sisturilor bituminoase si a nisipurilor asfaltice, aceasta este astazi putin extinsa, avand o pondere nesemnificativa in balanta energetica mondiala. Totusi, ele au intrat deja in atentia omenirii, fiind considerate ca surse de perspectiva, putand inlocui o anumita cota din consumul de petrol clasic. Exista la ora actuala un numar de state care au inceput folosirea lor, fie pentru obtinerea combustibililor lichizi, fie pentru obtinerea energiei termice, prin combustie directa. Pe aceasta linie se inscrie R.P. Chineza, care exploateaza sisturile bituminoase pentru obtinerea combustibililor lichizi in instalatiile de pirogenie de la Fushun si Maoming. Costul productiei de ulei de sist obtinut in cele doua instalatii este inferior pretului petrolului natural prezent pe piata mondiala. CSI-ul exploateaza in prezent sisturile bituminoase la scara industriala in regiunea M. Baltice, pentru obtinerea de energie electrica, folosind procedeul combustiei directe. Brazilia detine in prezent o statie pilot, care foloseste procedeul distilarii, denumit Petrosix, care produce anual pana la 50 000 t. petrol brut sintetic. De asemenea, o alta uzina cu o capacitate de 2,7 mil.t. a intrat de curand in functiune.

In SUA, cinci societati sunt pe cale sa construiasca uzine de tratare a sisturilor bituminoase, cu capacitati cuprinse intre 2,5 si 5 mii. t. pe an. Marocul are in plan construirea unei unitati de productie cu o capacitate de 1000 MW., utilizand combustia directa a sisturilor bituminoase.

in ceea ce priveste nisipurile asfaltice, singura tara care le exploateaza in prezent la scara mare este Canada, in provincia Alberta, unde zacamantul se afla aproape de suprafata, ceea ce permite exploatarea lui la zi. Pana la sfarsitul anului 1990 Canada producea din nisipurile asfaltice cea. 50 mil.t./an petrol brut sintetic.

7. Energia din biomasa

Conversia biologica a radiatiei solare prin intermediul fotosintezei furnizeaza, sub forma de biomasa, o rezerva de energie evaluata la 3 x IO²¹ J/an, ceea ce inseamna de aproape zece ori cantitatea de energie consumata pe plan mondial in fiecare an. Este, prin urmare, justificat si efortul consacrat posibilitatilor de utilizare a biomasei, in special pentru obtinerea combustibililor lichizi, dar si pentru producerea de electricitate.

In ceea ce priveste tehnicile de obtinere a energiei din biomasa, acestea se impart in doua mari categorii, si anume: tehnici biologice, care au la baza descompunerea biomasei de catre microorganisme intr-un mediu anaerob, si tehnici termochimice, care folosesc temperaturile inalte pentru transformarea elementelor cantitative ale biomasei in energie.

in perioada actuala, biomasa furnizeaza intre 6 si 13% din nevoile mondiale de energie, ceea ce inseamna echivalentul a circa 8,5 milioane barili de petrol, pe zi. Ea reprezinta principala sursa de energie folosita de regiunile rurale din tarile aflate in curs de dezvoltare, unde locuieste circa jumatate din populatia globului. La acestea se adauga apoi alte teritorii locuite, din tarile mediu sau puternic dezvoltate, unde biomasa asigura cu energie diferite activitati din agricultura si industrie.

Combustibilul cel mai frecvent utilizat, mai ales de gospodariile individuale, unitatile agrozootehnice si unitatile economice izolate, este biogazul, obtinut prin conversia in energie a deseurilor. Acesta este un amestec gazos in care domina metanul, in proportie de 65-70%, urmat de dioxidul de carbon, cu o pondere de 25-30%, si in proportie de aproximativ 5%, alte gaze (azot, hidrogen sulfurat etc). Pentru obtinerea lui se foloseste un amestec de deseuri (gunoi animal, paie, frunze, alte reziduuri ce contin substante organice), supuse unui proces de fermentatie metanica, intr-o instalatie care asigura un mediu anaerob.

Ceea ce se preconizeaza insa in cazul biomasei este utilizarea ei la scara comerciala, respectiv folosirea cu un randament optim a intregului volum destinat acestui scop, si obtinerea unei mari cantitati de combustibili, pe cat posibil lichizi, aplicand tehnologii de conversie perfectionate.

Cercetari efectuate in acest sens, au dus la concluzia ca pe langa varietatea mare de deseuri si reziduuri, mai pot fi folosite ca sursa de energie, numeroase specii vegetale ierboase sau arborescente. intre acestea se inscriu speciile Euphorbia lathiris si E. trucalh, care cresc spontan in Brazilia pe soluri slab productive. Tot in Brazilia se intalneste o specie arborescenta, cocaiferul, care contine un lichid bogat in hidrocarburi si care poate fi utilizat ca si combustibil pentru autovehicule. O concentratie ridicata in hidrocarburi se mai intalneste si in latexul unor specii ca: Hevea braziliensis, Manihot glaziovii, Castilloa elastica, genul Ficus, genul Kickzia etc. in Mexic creste Artemisa argentata, din familia Compositaelor, al carei latex contine 30-80% hidrocarburi.

Cultivarea unor astfel de plante pe terenuri improprii pentai agricultura ar putea asigura, in flux continuu, un volum apreciabil de biomasa, din care, prin procedee tehnologice specifice, s-ar putea obtine importante cantitati de combustibil.

O larga perspectiva o deschide si cultura intensiva a algelor marine, care asigura intr-un timp scurt mari cantitati de biomasa, pana la 100-180 Kg substanta uscata la hectar pe zi. Cantitatea de substanta uscata ce ar putea fi obtinuta intr-un an se ridica la 60 t, ceea ce insemna un echivalent energetic de 74 000 KWh.

Avantajele pe termen lung pe care le ofera culturile energetice, ca de altfel intreaga biomasa in general, sunt confirmate de numeroasele programe de cercetare - dezvoltare elaborate de un mare numar de state. Astfel, un vast program a fost lansat In SUA, In 1977, al carui buget se ridica la 40 milioane dolari. In cadrul lui, o serie de studii abordeaza posibilitatea practicarii silviculturii intensive, orientata spre producerea de biomasa. In acest sens au fost facute cercetari amanuntite asupra unor specii de arbori cu frunze cazatoare, a crangurilor, a speciilor cu crestere rapida, si mai ales a speciilor care fixeaza azotul sub forma de amoniac. Una din concluziile acestor studii este ca din biomasa rezultata s-ar putea obtine o gama variata de produse derivate, respectiv electricitate, amoniac, metanol si gaze combustibile cu putere medie, si ca pentru aceasta este suficient sa se cultive doar 10% din terenuri.

Un program mult mai ambitios a fost elaborat la scara nationala in Brazilia, In 1975, numit P.N.A. sau Proalcool. El urmareste producerea de alcool din trestia de zahar, manioc, sorg si alte plante cultivate, care in amestec cu benzina sa fie utilizat ca si combustibil la motoarele cu ardere interna. In statul Sao Paolo, care detine peste 1,3 milioane automobile, se foloseste cu succes acest carburant, In care proportia de alcool a ajuns la 18%.

in statul Bahia, la Cocoes, functioneaza o statie bazata pe un sistem integrat de exploatare a biomasei, care furnizeaza in prezent 55 KW. Alcoolul extras inlocuieste aici benzina si furnizeaza in acelasi timp, doua subproduse: gaze si ingrasaminte.

Mai recent, societatea braziliana Electrobras, in colaborare cu centru aerospatial din Sao Jose dos Campos, a lansat un proiect, realizabil in doua etape, care urmareste sa furnizeze, mai ales asezarilor rurale izolate, curent electric, gaze si ingrasaminte, trecand prin stadiul intermediar de alcool, si integrat unui sistem de bioconversie.

In Australia, cercetatorii de la Universitatea din Queensland, care au experimentat obtinerea etanolului prin procedee microbiologige din trestia de zahar, considera ca aceasta planta da cel mai bun randament. Ei apreciaza ca dubland recolta de trestie de zahar din statul Queensland (de aici provine 90% dm productia de zahar al Australiei), se va putea obtine etanol suficient pentru acoperirea a 12-15% din nevoile nationale de combustibil.

in China, inca din 1970, a inceput o intensa activitate de perfectionare si punere in functiune a numeroase statii pentru producerea de gaz organic. Pana in 1977 erau deja in stare de functionare circa 4,7 milioane de unitati de producere a metanului. Numai in provincia Sichuan, 17 milioane locuitori utilizeaza pentru gatit si iluminat gazul organic, obtinut din biomasa. Extinderea activitatii in acest domeniu, prin cresterea numarului de instalatii si marirea capacitatii lor, a facut posibila folosirea gazului organic si in alte activitati, cum sunt producerea de electricitate, combustibil pentru motoarele diesel, uscarea cerealelor in silozuri etc. Asa, de exemplu, in 1984, functionau cu biogaz 882 de centrale electrice, cu o putere instalata de 9025 KW si 434 de motoare diesel, cu o putere de 6031 CP.

Un viu interes pentru folosirea biomasei ca sursa de energie se manifesta si in continentul african. Primele instalatii pentru producerea de biogaz au intrat in functiune in 1954 in Kenya. La Fort Ternan, pe domeniul Tumiel Estate, singurul combustibil utilizat in scopuri menajere, incepand din 1955, este biogazul. Luand exemplul Kenyei, un numar mare de state (Camerun, Burkina Faso, Tanzania, Rwanda, Senegal, Zair, Zambia etc.), au intreprins numeroase cercetari si experiente practice privind perfectionarea si aplicarea la conditiile lor a tehnicilor de conversie a biomasei in energie.

In Europa, o parte din tarile interesate au trecut deja la efectuarea de studii si cercetari privind potentialul energetic al biomasei, si, mai ales, perspectivele pe care le ofera exploatarea acestuia. Astfel, un studiu condus de grupul Bellevue (proiectul Alter), evidentiaza faptul ca Franta ar avea posibilitatea in perspectiva, sa obtina din biomasa combustibili lichizi reprezentand intre 11 si 14% din energia necesara. in Suedia, un studiu efectuat pe baza previziunilor referitoare la cererea si oferta de energie din 2015, arata ca folosirea plantatiilor energetice de pe o suprafata de 2,9 x IO⁶ ha, cu un randament de 90 MWh la hectar, ar putea furniza doua treimi din consumul total de energie, respectiv 351 TWh.

Desigur, programele elaborate in diferite tari nu sunt axate toate pe aceleasi aspecte, intrucat depind de specificul natural si economic al fiecareia. Ele demonstreaza insa, ca biomasa reprezinta o sursa reala de energie, capabila sa contribuie cu o cota importanta la consum, fara insa a putea sustine singura un sistem energetic viabil.

8. Hidrogenul

Posibilitatea folosirii hidrogenului ca sursa de energie este semnalata inca din deceniul trei al secolului trecut, insa de o preocupare serioasa privind tehnologia hidrogenului se poate vorbi doar dm 1973.

Specialistii sunt astazi de parere ca hidrogenul este forma ideala de energie, datorita multiplelor avantaje pe care le ofera folosirea lui, cum sunt: posibilitatea de obtinere prin diverse procedee chimice, electrotehnice si biologice, utilizare comparabila cu a tuturor surselor de energie primare, prezinta un randament energetic ridicat (de trei ori mai mare decat a gazelor naturale), este mai putin toxic decat ceilalti combustibili, poate fi stocat in stare lichida, sau sub forma de hidruri metalice, poate fi dirijat la mare distanta prin intermediul conductelor, prezinta o mare adaptabilitate la consum, ceea ce ii ofera o gama larga de intrebuintare, este acceptabil din punct de vedere ecologic etc.

in perioada actuala hidrogenul poate fi obtinut prin mai multe procedee tehnologice, o buna parte dintre ele incluzand procesul de electroliza.

Pe scara larga electroliza, desi este un procedeu simplu si foloseste ca sursa de materie prima apa, intampina o serie de dificultati, printre care, investitia ridicata si consum mare de curent electric. Pentru micsorarea consumului de energie electrica, s-a propus o solutie mai radicala, respectiv electroliza vaporilor de apa la temperaturi de peste 800°C, in urma careia se poate obtine 1 m³ de hidrogen utilizand doar 2,3 KWh.

Un alt procedeu de obtinere a hidrogenului se bazeaza pe utilizarea ciclurilor termochimice. Este vorba de folosirea a o serie de reactii chimice, in prezenta unor catalizatori speciali, prin care are loc descompunerea apei si reciclarea celorlalti reactanti, folosindu-se caldura degajata de reactoarele nucleare. Un astfel de procedeu este folosit de Germania, care utilizeaza pentru producerea hidrogenului energia calorica de la reactoarele cu temperaturi ridicate.

O problema mereu prezenta in atentia specialistilor este obtinerea hidrogenului folosindu-se plantele verzi. Se cunoaste ca in reactiile bioenergetice ale metabolismului unor specii vegetale se produce si se elibereaza anumite cantitati de hidrogen. Un exemplu in acest sens il reprezinta soia (Glicine hispida), planta cu o arie larga de raspandire si cu multiple intrebuintari. Un studiu referitor la aceasta planta, efectuat In SUA, estimeaza ca in decursul unui an plantatiile de soia din aceasta tara ar elibera circa 30 miliarde m^J de hidrogen.

Un aport important la obtinerea hidrogenului il pot aduce si unele alge inferioare, cum sunt algele albastre - verzi, care contin o enzima, sub actiunea catalitica a careia are loc fotoliza apei, cu eliberare de hidrogen in flux continuu. Prin cultivarea intensiva a acestor alge, in conditiile unei fotosinteze accelerate, s-ar putea obtine o cantitate mare de enzime producatoare de hidrogen.

in ultima perioada de timp s-a abordat si problema obtinerii hidrogenului prin fotosinteza artificiala. Astfel, prin anii '80, Jean Marie Lehn, de la Universitatea din Strasbourg, a facut public proiectul unei uzine de obtinere a hidrogenului, pornind de la principiul fotosintezei naturale. Procedeul urmareste substituirea cloroplastelor existente in celulele vegetale cu o substanta chimica bazata pe rutheniu, care are proprietatea de a absorbi o parte din radiatia solara, iar in locul enzimei naturale de oxidare, foloseste o solutie ce contine rhodiu. Prin acest procedeu, conform rezultatelor comunicate, se poate obtine 1 litru de hidrogen la ora, consumand un gram ruthenu si cinci grame rhodiu.

In acelasi context se inscriu si cercetarile oamenilor de stiinta din Sankt Petersburg, care reconstituind procesele ce au loc in frunzele verzi ale plantelor sub actiunea radiatiei solare, au reusit sa reproduca unul din procesele initiale ale fotosintezei, acela cand razele solare contribuie la separarea hidrogenului de apa. De astfel, in CSI se afla deja in constructie o instalatie de fotoliza pentru producerea hidrogenului, utilizand energia solara. Ca fotoanozi se folosesc solutii solide de Ti0₂ Mn0₂ sau ZnO CdO, cu un randament de O instalatie de acest tip, echipata cu fotoanozi ceramici si un concentrator de energie solara, care mareste de ori radiatia solara incidenta, produce litri hidrogen/ora.

in multe tari sunt elaborate planuri de cercetare care vizeaza producerea hidrogenului si pe alte cai. Astfel, Franta se afla intr-o prima faza de cercetare privind folosirea, in regiunea Lorena, a unui sistem integrat, pe principiul electrolizei avansate, cu participarea energiei nucleare, in golurile de sarcina, fn Elvetia, cercetarile s-au axat pe analiza mai multor sisteme de obtinere a hidrogenului prin intermediul fotolizei, optandu-se in final, asupra fotolizei apei intr-un reactor solar, cu utilizarea Ti0₂. Un astfel de procedeu, care asigura un randament de poate realiza economic absorbtia si conversia radiatiei solare intr-o stare dumica stabila, sub forma de hidrogen.

Republica Africa de Sud, in cadrul asa numitului concept 'Enerchem', urmareste folosirea hidrogenului ca si combustibil pentru autovehicule si la prepararea apei calde. Hidrogenul necesar se preconizeaza a fi obtinut, intr-un sistem descentralizat, de catre un generator, cu ajutorul unui polimer electrolit de tip alcalin sau solid.

in ceea ce priveste folosirea hidrogenului, pana in prezent ea a fost relativ limitata. Din productia mondiala de cea. miliarde m³ (la 25°C si presiune de o atmosfera), mai mult de jumatate se foloseste la sinteza amoniacului, circa un sfert in petrochimie, iar restul la fabricarea metanolului, cauciucului sintetic si lubrefiantilor. Pentru viitor se preconizeaza folosirea lui cu precadere ca sursa de energie, respectiv pentru producerea energiei electrice, ca si combustibil pentru motoarele cu ardere interna, in uzul casnic etc. De altfel, utilizarea energetica a hidrogenului a inceput sa se materializeze deja. el fiind folosit in arderea in pilele cu combustibil O' H², care furnizeaza satelitilor si navelor spatiale, energia electrica.

Industria energiei electrice

Aspecte generale

in decursul timpului activitatea umana a evoluat in stransa legatura cu utilizarea in cantitati mereu crescande a diferitelor forme de energie. O perioada indelungata omul a folosit numai energia primara. Cu timpul insa, diversificarea activitatilor umane a determinat o crestere a consumului energetic, si mai ales, a modificat structura acestuia, ceea ce a facut ca energia primara sa nu mai poata sustine anumite tipuri de consum, si prin aceasta, sa franeze dezvoltarea economica. Apare, prin urmare, necesitatea transformarii energiei primare intr-o forma secundara de energie, cu calitati superioare, usor de utilizat si transportat la distanta, si anume in energie electrica. Aceasta energie se obtine cu ajutorul unei